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摘 要：通过对南京地铁二号线紫金山麓【苜蓿园站～明故宫站】区间盾构施工中遇到的“地质灾害”进行分析，以及在后续施工中克服该段软硬复合地层施工中采取的一系列技术措施，引发对类似地层盾构施工技术的探讨。
关键词：砂砾岩，裂隙发育，软硬不均复合地层，地面预加固，开仓，更换刀具，刀具管理，风险控制，成本管理。
0引言
随着盾构施工技术在城市地铁建设应用中的不断发展，软硬不均复合地层也越来越多的开始采用盾构法施工，但是在该类地层中采用盾构法施工也引发出相应的技术难题。工程实例表明，如：刀具损耗巨大、更换刀具困难、推进难度大、掘进模式选择困难等困扰施工的主要问题尚未得到很好的解决，特别是刀具磨损异常、消耗量大。需要经常检查更换刀具与地层不稳不满足直接开仓这一矛盾越来越明显的影响施工，情况严重部位甚至造成盾构被困，刀盘、刀具条件无法继续推进施工，又无法开仓检查更换刀具的困境[1]。
含砂砾岩软硬不均复合地层是南京地铁二号线【苜蓿园站～明故宫站】区间盾构穿越的主要地层之一，也是该区间盾构施工中的难点，仅区间右线共210环252m含砂砾岩段软硬不均复合地层掘进就耗时6个月零6天。本文仅以区间右线推进通过该段地层施工中遇到的问题，对该地层和类似地层盾构施工提出一些分析和见解，以供探讨和参考。
1 工程简介
南京地铁二号线【苜蓿园站～明故宫站】区间隧道采用土压平衡盾构施工，区间全长1306.9m，采用钢筋混凝土管片衬砌，共1086环。盾构下穿沪宁高速匝道桥台、沪宁高速立交桥台、明城墙等建筑物，地下管线密集。隧道沿线穿越地层存在5段4种不同特点的地层，同一施工段存在垂直、水平方向不同地层的组合，地层软硬不均，地质纵断面图见图1。
图1 苜蓿园～明故宫站区间隧道地质纵断面示意图
其中83～297环含砂砾岩段软硬不均复合地层微风化砂砾岩与中微风化泥岩、强中风化泥质粉砂岩交互。盾构断面地层上软下硬，微风化砂砾岩局部强度很高，见表1。在地质补充勘察中微风化砂砾岩天然单轴抗压强度最大值为85.2MPa，饱和单轴抗压强度最大值为41.9MPa，盾构推进刀具损耗非常大；盾构机在该地层施工中因刀具损耗又无法直接开仓更换刀具致使停机约2个月。同时在开仓检查发现地层裂隙发育，地下水丰富；
在地质补充勘察发现隧道断面内岩面差异性较大，存在低于隧道结构底且不规则、不连续的地层空洞，见图2。
表1 复合地层岩石试验指标（平均值、标准值）
图2 含砂砾岩复合地层地质空洞纵剖面图
2 含砂砾岩裂隙发育软硬不均地层特征
2.1地层风化程度不一，软硬不均。
由于砂砾岩残积地层风化程度不一，局部风化程度高，呈“土化”形态，局部风化程度低，残留为砂砾石块，强度较高，见图3。残积层中的粉粒和粘粒含量比较高，而同时非常坚硬的颗粒、孤石又较多，因此在盾构机推进的过程中若处理不好会同时发生二种问题：在结泥饼的同时，对刀盘造成严重磨损，刀具发生单边或多边严重偏磨。
图3 含砂砾岩软硬不均地层地质取芯图
2.2地层裂隙、空洞发育，地下水丰富。
地层裂隙、空洞发育，存在渗水通道，裂隙、空洞地段地下水富集；盾构穿越砂砾岩破碎带时，开挖面与破碎带富水空洞贯通，螺旋输送机易出现喷涌。同时，由于富水破碎带的存在，不具备气压进仓或敞开式进仓的条件，检修或更换刀具困难。
2.3盾构掘进难度大，工况转换频繁[2]。
由于盾构掘进断面岩层的完整程度及强度差别较大，粘粒、粉粒含量高，碴土结饼附着刀盘，碴土管理难度大；同时存在的完整性较好的坚硬大颗粒会造成刀盘及螺旋输送机被卡住，进而导致刀盘扭矩跳跃频繁。施工过程中，盾构参数控制难度较大。
2.4地质情况变化大
经过前期地层空洞处理及地面提前加固处理，发现隧道穿越地层的地质情况变化很大，在同一个隧道横断面上地质分层差异很大，1米高度内有多种地质；纵断面上差异也较大，间距在1米的两个地质钻孔探测地质分层标高最大差异也达60cm；盾构穿越地质实际情况比地质补勘情况更为复杂。
3 盾构掘进时的主要技术措施
根据南京地铁2号线【苜蓿园～明故宫站】区间地质特点，对地质断面进行了认真分析，综合经济合理性的要求，选用了德国海瑞克Φ6400铰接型土压平衡盾构机，该型盾构机具有广泛的适应性和优良的可靠性，在世界上类似工程领域享有丰富的施工经验和业绩。
3.1盾构机优选
针对区间含砂砾岩软硬不均地层的不良地质，通过及时分析，确定了盾构机的破岩参数。值得注意的是盾构机刀盘的驱动扭矩、总推力的大小是决定一台盾构机是否能够适应复杂多变地层的关键参数。另外，刀盘的刚度强度以及刀具的选配也是至关重要的[3]。
3.2刀盘刀具配置
由于本区间地质条件复杂，经专家论证后，采用装有滚刀及切刀组成的复合式刀盘（国家863计划试验刀盘）进行施工，刀盘滚刀设计的最大硬岩开挖强度为120MPa。刀具布置方式为：64把切刀、16把边刮刀、4把中心滚刀、7把正滚刀、6把边滚刀、2把中心齿刀。
配置切刀64把，高出刀盘面板140mm；双刃滚刀13把，高出刀盘面板175mm，刀间距90～110mm。
现场施工发现，该复合式刀盘土压平衡盾构机各项机械性能以及动力驱动指标是适应的。但是对微风化砂砾岩层中的高强度孤石，刀盘的破岩能力不足。
3.3掘进模式
根据区间的地质情况以及地层特征，选用的掘进模式不尽相同。
（1）全断面岩层：采用敞开式掘进模式，使用泡沫剂改良渣土。
（2）砂砾岩软硬不均地层：由于地层较为复杂，断面上地层差异较大。同时由于地表环境主要为需保护的重要建筑或文物，采取土压平衡模式掘进，同时使用泡沫剂改良渣土。
3.4掘进参数
掘进参数包括刀盘转速、推力、土仓压力等，应根据工程地质、水文条件、覆土厚度、地表建（构）筑物以及管线情况合理确定，并在掘进过程中进行动态调整[2]。 （1）刀盘转速：在软硬不均地层掘进刀盘转速控制在1.0～1.3 rpm左右。
（2）推力及扭矩：盾构推力控制在190～210bar，推进扭矩为160～200bar。
（3）土仓压力：一般采用敞开式推进，要求上部土压力为0，严格控制刀具的贯入度，防止刀具偏磨[3]；同时随时通过出土量与推进行程关系，判断掌子面是否发生坍塌，一旦出现出土量大于计算值且差距不断增大的情况，立刻建立土压，一般情况下关闭螺旋输送机同时停止推进，并往掌子面住气压，在确保地面安全的前提下防止刀盘卡死。土压平衡模式掘进时，土仓压力（下部传感器）1.8～2.0bar。
3.5裂隙及空洞处理
对于地层存在的裂隙或空隙，对盾构施工时极大的风险，若不及时发现并处理，极易酿成灾难性的事故。根据广州地铁施工经验，地层裂隙及空洞处理措施主要是采取地质钻探发现空隙并采用地层填充措施，例如填砂、注浆等。
3.6盾构机姿态控制
在复杂地层，特别是存在孤石和软硬不均地层中掘进时，盾构机姿态控制非常重要，若未及时调整掘进参数就可能导致盾构偏离设计轴线。调整千斤顶推理纠偏效果时会加大刀具的磨损。同时，纠偏过猛存在盾构机被卡和管片错台加大的风险。因此，盾构机在复杂地层中掘进时，一定要控制好盾构姿态，一旦出现偏离，要遵循"勤纠偏、缓纠偏"的原则，不能急纠猛纠，造成刀具的无谓磨损，甚至盾构机难以推进[3]。
4 盾构掘进情况分析
在全断面岩层掘进时，盾构机时而出现扭矩跳变、刀盘急停，推力增大的迹象。
在上软下硬地层中，上层为强中风化泥质粉砂岩，下层为微风化砂砾岩层，同一断面地层上软下硬，且岩面在纵向和横向都有明显的变化，需不断的转换掘进模式，及时调整掘进参数。推力一般设定在18000～20000Knzuoyou ，最高时达到了28000Kn，扭矩易突变引起刀盘急停机，极值达到300bar以上。由于高强度孤石的存在，刀具磨损严重，换到几率大增。根据碴土情况，大直径砾石较多（碴土坑取样砾石直径最大约37cm），刀具对大砾石的破碎存在一定难度，造成刀盘扭矩大、刀圈磨损断裂；开挖面软硬不均衡，滚刀未旋转，未能有效发挥其破岩能力，致使滚刀偏磨；由于掘进过程中贯入度过大，滚刀偏磨后，致使切刀提前与掌子面接触，直接切削未破碎的岩层，切刀齿刃崩坏严重。其中由于滚刀发生偏磨、崩刃、断裂，更换滚刀53把，由于切刀崩刃现象较多，更换136把，刀具损失极大。
图4 盾构掘进时喷涌泥浆盾构汇聚
在地表环境复杂地段，为确保地表环境安全，需严格控制地表沉降，掘进采取土压平衡模式掘进，同时采取碴土改良以形成土塞效应来确保盾构机的安全施工。但是由于地层裂隙和空洞的存在，局部存在渗水通道，大量泥浆从螺旋输送机后仓口喷涌流至盾尾汇集，带来了极大的清理工作量，见图4；同时由于裂隙和空洞的存在，无法进行带压换刀作业，必须进行地层处理后才能进行换刀。仅上行线252m掘进就耗时6个月零6天，严重的影响了施工工期。
5 盾构施工经验及对策
在上软下硬裂隙发育地层中掘进时，主要要处理好以下几个环节：一是配置合理的刀具和掘进参数；二是土压的动态平衡；三是岩层中的持续快速掘进。通过本区间的掘进，采取对策如下：
5.1盾构机
（1）海瑞克盾构机工作扭矩和脱困扭矩稍显不足，施工时由于扭矩突变易引起刀盘急停，应适当加大。
（2）应选用强度和刚度较高的刀盘，并适当增加耐磨层，防止刀具损坏后伤及面板。
（3）岩层或部分岩层掘进应尽量选配单刃滚刀。双刃滚刀的刀间距90～110mm，刀圈的启动扭矩偏大，在开挖岩面不平整或裂隙发育时易发生“卡刀”和“偏磨”，造成刀具异常损坏。
（4）对于切刀崩刃现象，可安装先行刀（撕裂刀）；先行刀设置高出刀盘面板155mm，宽度为40mm左右，位于两相向切刀之间。
（5）安装和更换刀具时要注意刀具的安装精度，确保刀刃基本在同一平面上。尤其是更换新刀时，由于换刀环境恶劣，新旧刀具磨损程度不同，刀具的固定螺栓紧固程度不尽相同，容易引起个别刀具在转动时松动造成损坏。
5.2施工组织措施
（1）盾构施工前，必须在详堪的基础上进行加密补堪，在周边环境容许的前提下尽可能的揭示隧道断面上的地质情况，认真分析不同地层的特征差异，为掘进参数的选择提供依据。
（2）在地质补堪的基础上，合理选择刀具检查和更换地点。储备一定数量的刀具；掘进时加强刀具的管理工作，间断性检查刀具的状态，刀具要勤更换。
（3）加强各环节的协调和衔接，缩短工序间隔时间。
（4）加强盾构机司机的培训，提高操作人员责任心[3]。
（5）加强设备管理，减少非正常停机时间[3]。
（6）做好带压进仓相关培训工作，成立带压进仓小组，将带压进仓列入正常的施工工序。
5.3技术措施
（1）根据地层特征，确定合理的掘进模式和掘进参数。
（2）掘进过程中应不断总结分析刀具对交互地层的适应性，制定详细的刀具更换计划。
（3）碴土在改良对减少刀具磨损，提高出碴效率具有关键性的作用。施工中不断摸索总结，采用泡沫剂、水相结合的工艺。泡沫与水的实际比例：泡沫添加剂3%，水97%。泡沫组成：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液混合而成。
（4）重视螺旋输送机的操作。土压平衡是螺旋输送机的动作达到的动态平衡，在敞开掘进模式掘进时也是提高刀具切削效率、有效降低刀具磨损的手段。
（5）地层裂隙和空洞处理可以避免由于预制管片自重、盾构机开挖施工后地层应力重新组合、后续地铁运营等因素使隧道结构变形、产生不均匀沉降。同时也能降低或避免出现螺旋输送机突水事件的概率。常规地层裂隙和空洞处理一般采取投砂或注浆填充形式。
6 有待深入研究、探讨的问题
6.1刀盘设计及刀具布置
由于软硬不均地层复杂多变，目前施工中的盾构机刀盘的型式与刀具布置，其适用性需要结合施工实际进行分析总结。针对刀具磨损速度快、掘进速度慢等工况，需要认真研究刀盘设计、刀具设计、刀具布置及刀具类型的优化方案。
6.2施工中刀具检查与更换技术
在地铁区间隧道相对较长距离的掘进施工中，进行刀具更换是必要的，但在城区施工复杂的条件下，刀具检查需要制度化，需要研究刀具检查与更换期间的可靠的技术措施与方案。施工中的刀具更换频率、位置及维持开挖面稳定的方法，应进一步研究。
6.3裂隙及空洞发现及处理技术
本区间底层裂隙及空洞处理主要采取地质补堪的方式，但由于当前行业环境情况，大多数地铁在施工时并不进行补堪工作，且设计勘探时地质探孔间距较大，对复杂地层施工指导意义不大；在复合地层裂隙发育地层中掘进时，往往由于裂隙或孔洞的存在造成工期延误甚至较为严重的影响，如何有效的发现地层裂隙并采取快速的处理措施是缩短工期、降低安全风险的有效措施，需进一步研究和探讨。
7 结语
盾构在软硬不均裂隙发育地层中掘进需要克服的种种难题，通过对南京【苜蓿园～明故宫】区间盾构穿越砂砾岩软硬不均裂隙发育地层的介绍及分析，对其中部分问题做以探讨。盾构在软硬不均复合地层中掘进时应提前做好地质勘探工作，在地质详勘的基础上合理进行盾构机选型和掘进参数设定，加强盾构施工技术动态管理；定期对刀具进行检查及更换，确保施工的正常进行。
参考文献
[1]洪开荣.关于地铁盾构隧道几个问题的探讨[J].隧道建设，2003，23(1):4-10.
[2]苏小江，李笑.复杂地质中盾构掘进控制技术探讨[J].现代隧道技术，2008，45(4):39-43.
[3]宁锐，刘文斌.软硬不均复杂地层的盾构施工技术研究[J].吉林水利，2009.9:19-22.
[4]杨书江.富水卵砾石地层土压平衡盾构长掘进快速施工技术[J].现代隧道技术，2009，46(3):81-88.
关键词：砂砾岩，裂隙发育，软硬不均复合地层，地面预加固，开仓，更换刀具，刀具管理，风险控制，成本管理。
0引言
随着盾构施工技术在城市地铁建设应用中的不断发展，软硬不均复合地层也越来越多的开始采用盾构法施工，但是在该类地层中采用盾构法施工也引发出相应的技术难题。工程实例表明，如：刀具损耗巨大、更换刀具困难、推进难度大、掘进模式选择困难等困扰施工的主要问题尚未得到很好的解决，特别是刀具磨损异常、消耗量大。需要经常检查更换刀具与地层不稳不满足直接开仓这一矛盾越来越明显的影响施工，情况严重部位甚至造成盾构被困，刀盘、刀具条件无法继续推进施工，又无法开仓检查更换刀具的困境[1]。
含砂砾岩软硬不均复合地层是南京地铁二号线【苜蓿园站～明故宫站】区间盾构穿越的主要地层之一，也是该区间盾构施工中的难点，仅区间右线共210环252m含砂砾岩段软硬不均复合地层掘进就耗时6个月零6天。本文仅以区间右线推进通过该段地层施工中遇到的问题，对该地层和类似地层盾构施工提出一些分析和见解，以供探讨和参考。
1 工程简介
南京地铁二号线【苜蓿园站～明故宫站】区间隧道采用土压平衡盾构施工，区间全长1306.9m，采用钢筋混凝土管片衬砌，共1086环。盾构下穿沪宁高速匝道桥台、沪宁高速立交桥台、明城墙等建筑物，地下管线密集。隧道沿线穿越地层存在5段4种不同特点的地层，同一施工段存在垂直、水平方向不同地层的组合，地层软硬不均，地质纵断面图见图1。
图1 苜蓿园～明故宫站区间隧道地质纵断面示意图
其中83～297环含砂砾岩段软硬不均复合地层微风化砂砾岩与中微风化泥岩、强中风化泥质粉砂岩交互。盾构断面地层上软下硬，微风化砂砾岩局部强度很高，见表1。在地质补充勘察中微风化砂砾岩天然单轴抗压强度最大值为85.2MPa，饱和单轴抗压强度最大值为41.9MPa，盾构推进刀具损耗非常大；盾构机在该地层施工中因刀具损耗又无法直接开仓更换刀具致使停机约2个月。同时在开仓检查发现地层裂隙发育，地下水丰富；
在地质补充勘察发现隧道断面内岩面差异性较大，存在低于隧道结构底且不规则、不连续的地层空洞，见图2。
表1 复合地层岩石试验指标（平均值、标准值）
图2 含砂砾岩复合地层地质空洞纵剖面图
2 含砂砾岩裂隙发育软硬不均地层特征
2.1地层风化程度不一，软硬不均。
由于砂砾岩残积地层风化程度不一，局部风化程度高，呈“土化”形态，局部风化程度低，残留为砂砾石块，强度较高，见图3。残积层中的粉粒和粘粒含量比较高，而同时非常坚硬的颗粒、孤石又较多，因此在盾构机推进的过程中若处理不好会同时发生二种问题：在结泥饼的同时，对刀盘造成严重磨损，刀具发生单边或多边严重偏磨。
图3 含砂砾岩软硬不均地层地质取芯图
2.2地层裂隙、空洞发育，地下水丰富。
地层裂隙、空洞发育，存在渗水通道，裂隙、空洞地段地下水富集；盾构穿越砂砾岩破碎带时，开挖面与破碎带富水空洞贯通，螺旋输送机易出现喷涌。同时，由于富水破碎带的存在，不具备气压进仓或敞开式进仓的条件，检修或更换刀具困难。
2.3盾构掘进难度大，工况转换频繁[2]。
由于盾构掘进断面岩层的完整程度及强度差别较大，粘粒、粉粒含量高，碴土结饼附着刀盘，碴土管理难度大；同时存在的完整性较好的坚硬大颗粒会造成刀盘及螺旋输送机被卡住，进而导致刀盘扭矩跳跃频繁。施工过程中，盾构参数控制难度较大。
2.4地质情况变化大
经过前期地层空洞处理及地面提前加固处理，发现隧道穿越地层的地质情况变化很大，在同一个隧道横断面上地质分层差异很大，1米高度内有多种地质；纵断面上差异也较大，间距在1米的两个地质钻孔探测地质分层标高最大差异也达60cm；盾构穿越地质实际情况比地质补勘情况更为复杂。
3 盾构掘进时的主要技术措施
根据南京地铁2号线【苜蓿园～明故宫站】区间地质特点，对地质断面进行了认真分析，综合经济合理性的要求，选用了德国海瑞克Φ6400铰接型土压平衡盾构机，该型盾构机具有广泛的适应性和优良的可靠性，在世界上类似工程领域享有丰富的施工经验和业绩。
3.1盾构机优选
针对区间含砂砾岩软硬不均地层的不良地质，通过及时分析，确定了盾构机的破岩参数。值得注意的是盾构机刀盘的驱动扭矩、总推力的大小是决定一台盾构机是否能够适应复杂多变地层的关键参数。另外，刀盘的刚度强度以及刀具的选配也是至关重要的[3]。
3.2刀盘刀具配置
由于本区间地质条件复杂，经专家论证后，采用装有滚刀及切刀组成的复合式刀盘（国家863计划试验刀盘）进行施工，刀盘滚刀设计的最大硬岩开挖强度为120MPa。刀具布置方式为：64把切刀、16把边刮刀、4把中心滚刀、7把正滚刀、6把边滚刀、2把中心齿刀。
配置切刀64把，高出刀盘面板140mm；双刃滚刀13把，高出刀盘面板175mm，刀间距90～110mm。
现场施工发现，该复合式刀盘土压平衡盾构机各项机械性能以及动力驱动指标是适应的。但是对微风化砂砾岩层中的高强度孤石，刀盘的破岩能力不足。
3.3掘进模式
根据区间的地质情况以及地层特征，选用的掘进模式不尽相同。
（1）全断面岩层：采用敞开式掘进模式，使用泡沫剂改良渣土。
（2）砂砾岩软硬不均地层：由于地层较为复杂，断面上地层差异较大。同时由于地表环境主要为需保护的重要建筑或文物，采取土压平衡模式掘进，同时使用泡沫剂改良渣土。
3.4掘进参数
掘进参数包括刀盘转速、推力、土仓压力等，应根据工程地质、水文条件、覆土厚度、地表建（构）筑物以及管线情况合理确定，并在掘进过程中进行动态调整[2]。 （1）刀盘转速：在软硬不均地层掘进刀盘转速控制在1.0～1.3 rpm左右。
（2）推力及扭矩：盾构推力控制在190～210bar，推进扭矩为160～200bar。
（3）土仓压力：一般采用敞开式推进，要求上部土压力为0，严格控制刀具的贯入度，防止刀具偏磨[3]；同时随时通过出土量与推进行程关系，判断掌子面是否发生坍塌，一旦出现出土量大于计算值且差距不断增大的情况，立刻建立土压，一般情况下关闭螺旋输送机同时停止推进，并往掌子面住气压，在确保地面安全的前提下防止刀盘卡死。土压平衡模式掘进时，土仓压力（下部传感器）1.8～2.0bar。
3.5裂隙及空洞处理
对于地层存在的裂隙或空隙，对盾构施工时极大的风险，若不及时发现并处理，极易酿成灾难性的事故。根据广州地铁施工经验，地层裂隙及空洞处理措施主要是采取地质钻探发现空隙并采用地层填充措施，例如填砂、注浆等。
3.6盾构机姿态控制
在复杂地层，特别是存在孤石和软硬不均地层中掘进时，盾构机姿态控制非常重要，若未及时调整掘进参数就可能导致盾构偏离设计轴线。调整千斤顶推理纠偏效果时会加大刀具的磨损。同时，纠偏过猛存在盾构机被卡和管片错台加大的风险。因此，盾构机在复杂地层中掘进时，一定要控制好盾构姿态，一旦出现偏离，要遵循"勤纠偏、缓纠偏"的原则，不能急纠猛纠，造成刀具的无谓磨损，甚至盾构机难以推进[3]。
4 盾构掘进情况分析
在全断面岩层掘进时，盾构机时而出现扭矩跳变、刀盘急停，推力增大的迹象。
在上软下硬地层中，上层为强中风化泥质粉砂岩，下层为微风化砂砾岩层，同一断面地层上软下硬，且岩面在纵向和横向都有明显的变化，需不断的转换掘进模式，及时调整掘进参数。推力一般设定在18000～20000Knzuoyou ，最高时达到了28000Kn，扭矩易突变引起刀盘急停机，极值达到300bar以上。由于高强度孤石的存在，刀具磨损严重，换到几率大增。根据碴土情况，大直径砾石较多（碴土坑取样砾石直径最大约37cm），刀具对大砾石的破碎存在一定难度，造成刀盘扭矩大、刀圈磨损断裂；开挖面软硬不均衡，滚刀未旋转，未能有效发挥其破岩能力，致使滚刀偏磨；由于掘进过程中贯入度过大，滚刀偏磨后，致使切刀提前与掌子面接触，直接切削未破碎的岩层，切刀齿刃崩坏严重。其中由于滚刀发生偏磨、崩刃、断裂，更换滚刀53把，由于切刀崩刃现象较多，更换136把，刀具损失极大。
图4 盾构掘进时喷涌泥浆盾构汇聚
在地表环境复杂地段，为确保地表环境安全，需严格控制地表沉降，掘进采取土压平衡模式掘进，同时采取碴土改良以形成土塞效应来确保盾构机的安全施工。但是由于地层裂隙和空洞的存在，局部存在渗水通道，大量泥浆从螺旋输送机后仓口喷涌流至盾尾汇集，带来了极大的清理工作量，见图4；同时由于裂隙和空洞的存在，无法进行带压换刀作业，必须进行地层处理后才能进行换刀。仅上行线252m掘进就耗时6个月零6天，严重的影响了施工工期。
5 盾构施工经验及对策
在上软下硬裂隙发育地层中掘进时，主要要处理好以下几个环节：一是配置合理的刀具和掘进参数；二是土压的动态平衡；三是岩层中的持续快速掘进。通过本区间的掘进，采取对策如下：
5.1盾构机
（1）海瑞克盾构机工作扭矩和脱困扭矩稍显不足，施工时由于扭矩突变易引起刀盘急停，应适当加大。
（2）应选用强度和刚度较高的刀盘，并适当增加耐磨层，防止刀具损坏后伤及面板。
（3）岩层或部分岩层掘进应尽量选配单刃滚刀。双刃滚刀的刀间距90～110mm，刀圈的启动扭矩偏大，在开挖岩面不平整或裂隙发育时易发生“卡刀”和“偏磨”，造成刀具异常损坏。
（4）对于切刀崩刃现象，可安装先行刀（撕裂刀）；先行刀设置高出刀盘面板155mm，宽度为40mm左右，位于两相向切刀之间。
（5）安装和更换刀具时要注意刀具的安装精度，确保刀刃基本在同一平面上。尤其是更换新刀时，由于换刀环境恶劣，新旧刀具磨损程度不同，刀具的固定螺栓紧固程度不尽相同，容易引起个别刀具在转动时松动造成损坏。
5.2施工组织措施
（1）盾构施工前，必须在详堪的基础上进行加密补堪，在周边环境容许的前提下尽可能的揭示隧道断面上的地质情况，认真分析不同地层的特征差异，为掘进参数的选择提供依据。
（2）在地质补堪的基础上，合理选择刀具检查和更换地点。储备一定数量的刀具；掘进时加强刀具的管理工作，间断性检查刀具的状态，刀具要勤更换。
（3）加强各环节的协调和衔接，缩短工序间隔时间。
（4）加强盾构机司机的培训，提高操作人员责任心[3]。
（5）加强设备管理，减少非正常停机时间[3]。
（6）做好带压进仓相关培训工作，成立带压进仓小组，将带压进仓列入正常的施工工序。
5.3技术措施
（1）根据地层特征，确定合理的掘进模式和掘进参数。
（2）掘进过程中应不断总结分析刀具对交互地层的适应性，制定详细的刀具更换计划。
（3）碴土在改良对减少刀具磨损，提高出碴效率具有关键性的作用。施工中不断摸索总结，采用泡沫剂、水相结合的工艺。泡沫与水的实际比例：泡沫添加剂3%，水97%。泡沫组成：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液混合而成。
（4）重视螺旋输送机的操作。土压平衡是螺旋输送机的动作达到的动态平衡，在敞开掘进模式掘进时也是提高刀具切削效率、有效降低刀具磨损的手段。
（5）地层裂隙和空洞处理可以避免由于预制管片自重、盾构机开挖施工后地层应力重新组合、后续地铁运营等因素使隧道结构变形、产生不均匀沉降。同时也能降低或避免出现螺旋输送机突水事件的概率。常规地层裂隙和空洞处理一般采取投砂或注浆填充形式。
6 有待深入研究、探讨的问题
6.1刀盘设计及刀具布置
由于软硬不均地层复杂多变，目前施工中的盾构机刀盘的型式与刀具布置，其适用性需要结合施工实际进行分析总结。针对刀具磨损速度快、掘进速度慢等工况，需要认真研究刀盘设计、刀具设计、刀具布置及刀具类型的优化方案。
6.2施工中刀具检查与更换技术
在地铁区间隧道相对较长距离的掘进施工中，进行刀具更换是必要的，但在城区施工复杂的条件下，刀具检查需要制度化，需要研究刀具检查与更换期间的可靠的技术措施与方案。施工中的刀具更换频率、位置及维持开挖面稳定的方法，应进一步研究。
6.3裂隙及空洞发现及处理技术
本区间底层裂隙及空洞处理主要采取地质补堪的方式，但由于当前行业环境情况，大多数地铁在施工时并不进行补堪工作，且设计勘探时地质探孔间距较大，对复杂地层施工指导意义不大；在复合地层裂隙发育地层中掘进时，往往由于裂隙或孔洞的存在造成工期延误甚至较为严重的影响，如何有效的发现地层裂隙并采取快速的处理措施是缩短工期、降低安全风险的有效措施，需进一步研究和探讨。
7 结语
盾构在软硬不均裂隙发育地层中掘进需要克服的种种难题，通过对南京【苜蓿园～明故宫】区间盾构穿越砂砾岩软硬不均裂隙发育地层的介绍及分析，对其中部分问题做以探讨。盾构在软硬不均复合地层中掘进时应提前做好地质勘探工作，在地质详勘的基础上合理进行盾构机选型和掘进参数设定，加强盾构施工技术动态管理；定期对刀具进行检查及更换，确保施工的正常进行。
参考文献
[1]洪开荣.关于地铁盾构隧道几个问题的探讨[J].隧道建设，2003，23(1):4-10.
[2]苏小江，李笑.复杂地质中盾构掘进控制技术探讨[J].现代隧道技术，2008，45(4):39-43.
[3]宁锐，刘文斌.软硬不均复杂地层的盾构施工技术研究[J].吉林水利，2009.9:19-22.
[4]杨书江.富水卵砾石地层土压平衡盾构长掘进快速施工技术[J].现代隧道技术，2009，46(3):81-88.